План уроков, блок 7: Скорость, Мощность, Крутящий момент и Электромоторы постоянного тока

Класс:
9-11

Исходные материалы:

9-й класс, основы науки и математики

Изучаемые концепции:

В рамках настоящего блока учащиеся изучат физические законы скорости, мощности и крутящего момента.
Учащиеся  узнают об электромоторах постоянного тока и о том, как в них применяются указанные законы.
Учащиеся применят указанные концепции на образцах механических систем, чтобы выполнить основные расчеты для своих проектов.

Учебные задачи:

• Учащиеся смогут объяснить различия между скоростью, мощностью и крутящим моментом.
• Учащиеся смогут продемонстрировать концепцию скорости.
• Учащиеся смогут продемонстрировать концепцию мощности.
• Учащиеся смогут продемонстрировать концепцию крутящего момента.

Связи STEM:

Процесс проектирования, используемый в реальном мире для решения поставленных задач с помощью применения практической и научной информации и следующий за методическим процессом для достижения желаемых результатов.

Необходимые материалы:

• Руководство к блоку
• Бумага
• Карандаши и ластики
• Линейки
• Доступ к сети Интернет
• Словари
• Набор VEX Robotics
• Компьютеры с установленной средой Autodesk Inventor
• Контейнеры для хранения
• Он-лайн источники
• Проектные отчеты
• Угломер
• Компас

Ключевые термины:

• Methodical
• Engineering
• Mechanics
• Speed
• Rotational Speed
• Acceleration
• Force
• Work
• Power
• Torque
• Velocity
• Actuator
• DC Motor
• Voltage
• Current
• Stall
• Load

План ежедневных занятий:

День 1:

Дать учащимся возможность изучить словарь терминов и найти примеры для описания скорости, частоты вращения, ускорения и мощности. Дать время на обсуждение терминов в группах..

Можно предоставить дополнительную информацию для корректировки и расширения данных, найденных учащимися.

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Введение
►Проектирование
Попросить учащихся описать типы задач, которые могут быть решены с помощью процесса проектирования.
Спросить учащихся, как они применили бы процесс проектирования в решении задач.
►Классическая механика
►Скорость
Попросить учащихся привести примеры для скорости.
►Частота вращения
Попросить учащихся найти примеры частоты вращения в классе, школе, дома, в городе.
►Ускорение
Попросить учащихся продемонстрировать концепцию ускорения
►Сила
Попросить учащихся привести примеры использования силы в механике
Попросить учащихся разработать демонстрацию концепции силы

День 2:

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Крутящий момент
Дать учащимся время на работу над математическими задачами, связанными с обсуждаемыми в классе темами.
Попросить учащихся внести формулу крутящего момента в проектные отчеты для использования в будущем.

День 3:

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Работа
►Мощность

День 4:

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Электромоторы постоянного тока
►Нагружение электромотора
►Потребление электроэнергии
►Ключевые характеристики электромотора
►Изменение мощности за счет напряжения
►Предельные значения и расчеты для электромотора

День 5:

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Расчет нагрузки руки робота
►Расчет крутящей нагрузки из предельного тока
►Расчет скорости электромотора из крутящей нагрузки
►Несколько электромоторов
►Расчеты напряжения и предельных значений электромоторов.

День 6:

Следующие темы урока должны быть раскрыты:
►Проект руки

В качестве этапа процесса проектирования соревновательного робота дизайнер может использовать проект руки, аналогичный рассмотренным ранее на уроке.

День 7:

Перейти к проектированию руки с помощью частей VEX или Autodesk Inventor

Детально проверить проект

Проверить совместимость частей

День 8:

Испытание проектов руки. Сбор данных. Доработка.

Организовать место в классе, предназначенное для испытания конструкций руки.

Удостоверить внесение полученных данных в проектный отчет.

Проверить расчеты, использованные при вынесении решений и доработке.

День 9:

Оценка конструкций руки.

Оценка правильного применения формул и понимания концепций, представленных в данном блоке.

Учащиеся представят свои конструкции рук перед классом, и дадут пояснения к формулам.

День 10:

Проанализировать концепции и формулы, которые представляли сложность для учащихся в процессе работы.

Общие вопросы для проектного отчета:

1. 1. Для чего может потребоваться увеличение скорости и уменьшение мощности?
   2. Для чего может потребоваться увеличение мощности и уменьшение скорости?
   3. Как изменение нагрузки может повлиять на потребление электричества?